智能化技術(shù)在市政交通工程自動化控制中的運用研究

馬寧博

摘要：在國家相關(guān)政策的正確引導(dǎo)下，各地城市化進程持續(xù)推進，社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)均表現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，市政交通工程日益完善，為人們出行活動創(chuàng)造了很多便利條件。智能化技術(shù)逐漸滲透到人們的生產(chǎn)生活中，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效能，促進智能化技術(shù)在市政交通工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用進程，能進一步提升工程的智能化、網(wǎng)絡(luò)化水平，確保其在使用過程中創(chuàng)造最理想的效益。該文首先介紹了智能交通系統(tǒng)的主要構(gòu)成，其次分析智能化技術(shù)的基本應(yīng)用特征，包括精準度高、操作無人化、無需應(yīng)用控制模塊等，最后較為詳細地探究其在交通工程控制中的應(yīng)用情況，包括道路監(jiān)控系統(tǒng)、外場智能終端、視頻監(jiān)控及車輛限載系統(tǒng)等。

關(guān)鍵詞：市政交通工程??自動化控制??智能化??技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：U495???文獻標識碼：A

Research?on?the?Application?of?Intelligent?Technology?in?the?Automation?Control?of?Municipal?Traffic?Engineering

MA?Ningbo

（Hefei?Municipal?Design?and?Research?Institute?Co.，?Ltd.，?Hefei，?Anhui?Province，?230000?China）

Abstract：?Under?the?correct?guidance?of?relevant?national?policies，?the?process?of?urbanization?in?various?regions?has?been?continued?to?advance，?social?economy?and?science?and?technology?have?shown?a?good?development?trend，?and?municipal?traffic?engineering?has?become?increasingly?perfect，?creating?many?convenient?conditions?for?people?to?travel.?Intelligent?technology?has?gradually?penetrated?into?people's?production?and?life，?showing?good?application?efficiency，?and?promoting?the?application?process?of?intelligent?technology?in?the?field?of?municipal?traffic?engineering?can?further?improve?the?intelligent?and?networking?level?of?the?project，?and?ensure?that?it?can?create?the?most?reasonable?benefits?in?the?process?of?use.?This?paper?first?introduces?the?main?components?of?the?intelligent?transportation?system，?then?analyzes?the?basic?application?characteristics?of?intelligent?technology，?including?high?accuracy，?unmanned?operation，?no?need?for?application?control?modules，?etc.，?and?finally?explores?its?application?in?traffic?engineering?control?in?more?detail，?including?road?monitoring?systems，?outfield?intelligent?terminals，?and?video?monitoring?systems?and?vehicle?load-limiting?systems.

Key?Words：?Municipal?traffic?engineering;?Automatic?control;?Intelligence;?Technology?application

智能化技術(shù)是21世紀中一種重要的科技產(chǎn)物，將其規(guī)范地用在市政交通工程內(nèi)能取得良好成效，能實現(xiàn)對工程的自動化控制，減少成本支出，提升各類能源及資源的利用效率，使交通工程具備更高的價值，引領(lǐng)我國市政交通行業(yè)的智能化發(fā)展。

1?智能交通系統(tǒng)的介紹

1.1?GPS定位模塊

GPS定位模塊不僅是一項重要的交通協(xié)管內(nèi)容，也是建設(shè)智能交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基礎(chǔ)。在該模塊的協(xié)助下，不僅能順利地建設(shè)車載導(dǎo)航設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的聯(lián)動關(guān)系，還能實現(xiàn)對無線或移動通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程的精細化控制。定位模塊通過聯(lián)合交通基礎(chǔ)信息采集系統(tǒng)，實時調(diào)整車輛基本運動及定位精度信息。車載終端設(shè)備還能和城市GPS系統(tǒng)構(gòu)建可靠的聯(lián)動關(guān)系，可即時校驗實時定位的差分數(shù)據(jù)。

1.2?計算機視覺信息處理

計算機視覺信息處理是計算機技術(shù)在智能交通系統(tǒng)內(nèi)的重要應(yīng)用形式，也是當(dāng)前處理、分析智能交通費路面信息的基礎(chǔ)，規(guī)范應(yīng)用視覺信息處理與分析算法，一方面能幫助車主及外部系統(tǒng)用戶進行合理的信息決策，另一方面能把模式識別算法有效融合到信息處理業(yè)務(wù)流程內(nèi)?；谟嬎銠C視覺原理形成的信息處理技術(shù)側(cè)重于實時處理車內(nèi)外視覺信息，能科學(xué)分析車輛的異常運行狀態(tài)。視覺信息處理功能不僅體現(xiàn)在精準辨識車內(nèi)動態(tài)信息方面，還能把車外的周圍局部設(shè)定為有效辨識區(qū)段，把斑馬線、行人、其他車輛等要物設(shè)定成視覺信息處置目標，并幫助駕駛員或交管人員快速判斷出當(dāng)前是否存在著違法行為[1]。

1.3?RFID車載模塊

該模塊最大的特點是能集中管理車載終端、車輛運行狀態(tài)及外部環(huán)境感知數(shù)據(jù)信息等，幫助駕駛員合理分析現(xiàn)場交通事故及處理應(yīng)急事件等。在RFID模塊內(nèi)，需要深化設(shè)計結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效辨識方案，只有這樣才能確保RFID射頻信號有效聯(lián)動其他結(jié)構(gòu)類型的車載信息，搭建出智能化水平更高的車載終端信息處理模式。在RFID模塊內(nèi)，通過科學(xué)各類系統(tǒng)參數(shù)，能夠精準識別出入網(wǎng)的移動設(shè)備型號。

1.4?ITS統(tǒng)一監(jiān)管平臺

在該平臺內(nèi)，要集成交通管理、電子收費、安全輔助駕駛、交通基礎(chǔ)設(shè)施即ITS數(shù)據(jù)管理等諸多功能模塊，并獨立布置不同類型與級別的用戶權(quán)限，借此方式使ITS監(jiān)管平臺運行的安全性、可靠性得到保障。該平臺最大的功能體現(xiàn)在兩個方面：一是能有效管理控制不同用戶角色權(quán)限；二是確保不同區(qū)域交通基礎(chǔ)信息管理的有效性。在該平臺上，管理員能可視化分析各個運輸管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的車輛與路況信息，并搭建職能型的應(yīng)急事件處置機制。駕駛員依照該平臺傳送至車載終端的決策信息處置交通事件，并實時統(tǒng)計分析車輛運作狀態(tài)與收費狀況。

2?智能化技術(shù)的應(yīng)用特點

2.1?準確性

市政交通工程自動化控制領(lǐng)域合理應(yīng)用智能化技術(shù)，能明顯提高管理控制的精準度，確保自動化整體調(diào)控效果，促進市政交通的順暢運營。在科學(xué)技術(shù)日異月新的背景下，自動化控制手段在持續(xù)發(fā)展中取得了很大進步，高度成熟的自動化控制系統(tǒng)對人工的依賴程度日益減少，實際應(yīng)用中創(chuàng)造出更多效益。傳統(tǒng)交通工程自動化體系發(fā)展中，提升精準度是迫切需處理的一大現(xiàn)實問題，促進智能化技術(shù)和交通工程有效融合，能顯著增加海量數(shù)據(jù)處理工效，確保自動化控制的精準性。

2.2?操作無人化

和傳統(tǒng)的自動化控制相比較，相關(guān)部門利用智能化管控技術(shù)能更全面、精準地把握市政交通的改變狀況，進而輔助提升工程的自動化水平。本地交管部門結(jié)合實際條件與智能化控制情況，有針對性地改進既有程序設(shè)計方案，提升現(xiàn)實控制成效，不僅明顯緩解了相關(guān)人員的工作負擔(dān)，還規(guī)避了人為因素帶來的負面影響，在技術(shù)層面上確保了自動化控制最質(zhì)量，促進整個交通系統(tǒng)安穩(wěn)運營[2]。

2.3?無需應(yīng)用控制模型

市政交通工程運行時現(xiàn)場情況可謂是變化莫測，以致會滋生出很多復(fù)雜問題，合理應(yīng)用智能化技術(shù)能夠降低對傳統(tǒng)控制器的依賴程度，增加控制的緊密系數(shù)，能使以上現(xiàn)實問題迎刃而解，將這些問題帶來的不良影響降到最低，引領(lǐng)市政交通工程健康、穩(wěn)定發(fā)展。運用智能化技術(shù)能處理交通工程發(fā)展中形成的各種動態(tài)化復(fù)雜方程處理與操控目標對象模型，立足于當(dāng)前交通成的運營現(xiàn)狀，有針對性地調(diào)控各類交通設(shè)備設(shè)施。

3?智能化技術(shù)在交通工程自動化控制中的實際應(yīng)用

3.1?道路監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)前監(jiān)控交通流量的一項主要手段，具體是采用內(nèi)場、外場部署的監(jiān)控智能化終端設(shè)備執(zhí)行相關(guān)自動化管控任務(wù)，具體是對特殊位置、特殊路段及橋梁等加大檢測與管控力度，全面采集外場設(shè)備、緊急電話、巡邏車等道路相關(guān)信息，預(yù)測可能發(fā)生的交通事故并對其所屬類別做出科學(xué)劃分。目前合肥市的市政道路監(jiān)控系統(tǒng)，多采用不低于400萬像素紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機單獨設(shè)置。在市政道路事故中，相比較電子警察，監(jiān)控的優(yōu)點在于能夠還原事情的全過程，信息相對全面，同時配合事件監(jiān)測功能，可以實時地監(jiān)測道路狀態(tài)；而缺點在于需要人工后臺操作，無法自動抓怕并合成違法圖像。鑒于以上情況，未來道路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計改造方向是運用“視頻+自動抓拍合式”。例如：在極端惡劣的氣候條件下，或者是交通事故高發(fā)的特殊路段上，通過在局部設(shè)置基于物聯(lián)網(wǎng)的智能道路監(jiān)控系統(tǒng)，運用虛擬線圈車速檢測算法測定出車輛行駛速度，于視頻監(jiān)控圖像內(nèi)布置數(shù)個虛擬線圈，精準確定出兩個虛擬線圈的現(xiàn)實距離，當(dāng)有運行車輛通過虛擬線圈1以后，線圈1便會被即刻激活，開始計時；車輛運行經(jīng)過線圈2以后，線圈2被激活并開始計時，隨后確定兩個線圈之間的時間差，依照速度運算公式[3]：（代表車輛行駛的一段時間；時間中產(chǎn)生的位移），在確定車輛運行速度以后，就可以對其采用有效的監(jiān)控措施，以減少或規(guī)避因超速帶來的交通事故。

3.2?外場智能終端

現(xiàn)代汽車上安裝的檢測器是用于檢測道路上是否有車輛通行的終端設(shè)備，根據(jù)檢測所得的數(shù)據(jù)，逐一計算出車輛數(shù)量、車速及道路占有率等指標，進而為編制自動化控制方案提供可靠的參照數(shù)據(jù)。

一般情況下，車輛的檢測器是安裝在路面之下的，環(huán)形線圈傳感器、智能處理器等是檢測器的主要構(gòu)成，其中智能處理器內(nèi)分布著數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸接口及檢測信號放大單元等。與其他類型的設(shè)備進行比較，車輛檢測器檢測到的數(shù)據(jù)能提升交通參數(shù)的多樣性，幫助相關(guān)部門更加精準地掌控目標車道內(nèi)的車輛數(shù)目、車速及實際占有率等。檢測器的精準度也處于較高水平，通常能超過90.0%[4]。實際檢測中相同型號車輛于相鄰車道之上兩個線圈內(nèi)會產(chǎn)生相互作用，在分析處理器的協(xié)助下精準辨識出線路邏輯，生成相應(yīng)信號，進而實現(xiàn)對車道信息的整體檢測。車輛檢測器還具備自動補償溫度的功能，在野外連續(xù)工作情景下也表現(xiàn)出較高的適用性。另外，運用檢測器內(nèi)置的各種單元能安全有效的存儲各類數(shù)據(jù)，且能夠和計算機外圍接口可靠銜接，精準調(diào)控通信傳輸速率，若突發(fā)通信信號中斷的狀況，數(shù)據(jù)便會直接被整合到計算機系統(tǒng)內(nèi)。

3.3?視頻監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)最大的功能是可以直觀地呈現(xiàn)出道路攝像覆蓋范疇中的交通運行狀況，科學(xué)分析路段攝像機拍攝所得的圖像資料，輔助相關(guān)部門做出更科學(xué)、合理的管理決策，適時運用有效控制措施，進而確保道路運輸?shù)捻槙扯?、可靠性，運用數(shù)字錄像機完成記錄、存儲交通事件，為后期開展分析取證工作提供可靠憑據(jù)。

當(dāng)前，國內(nèi)部分城市建成的監(jiān)控系統(tǒng)通常應(yīng)用低照度的彩色攝像機，日間的攝像效果通常較好，但因夜間照明條件較差，以致很難獲得理想的監(jiān)控效果。故而，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要配置應(yīng)用彩色與黑白隨光線亮暗程度智能切換的低照度球形攝像機設(shè)備，且應(yīng)具備較強的電子感應(yīng)功能，實際使用中能夠達到一體化。

這類靈敏度較高的球形彩色黑白攝像機配備了自動變倍變焦的鏡頭、解碼器、防護罩及云臺等裝置，參照環(huán)境光線亮暗程度能自動切調(diào)彩色與黑白畫面，圖像內(nèi)的對比度始終是正常的，能夠?qū)崿F(xiàn)對背景自動化的補償干預(yù)，在攝像機上加裝電動化（可遙控的）、可變焦距（變倍）鏡頭，能夠使攝像機觀察到更遠的距離，清晰度也相應(yīng)提升，也可以將攝像機組裝在電動云臺之上，通過操控控制器的形式，能夠使云臺帶動攝像機在水平與垂直方向進行自由旋轉(zhuǎn)，進而拓展攝像機的覆蓋面積。設(shè)計研制視頻監(jiān)控系統(tǒng)時還為其增設(shè)了加熱器（圖1）與空氣循環(huán)子系統(tǒng)，以規(guī)避水霧等物理性因素給透鏡表面帶來的影響，增強其對環(huán)境的適應(yīng)能力，確保使用的常態(tài)化[5]。

3.4?車輛限載系統(tǒng)

汽車超載時，其對公路路面形成的壓力會增大，而汽車和路面之間的接觸面積基本不變，所以所生成的壓強提高，進而增加局部路面受損的概率。既往大量的實踐表明，車輛超重與超載是造成公路路面結(jié)構(gòu)破壞的常見因素，增加了交通事故發(fā)生的風(fēng)險，故而各地交管部門一定要嚴控超重超載車輛的行駛狀況，不僅能降低道路的運維養(yǎng)護成本，還能確保道路使用的安全性，進而創(chuàng)造出理想的社會經(jīng)濟效益。

集成圖像信息、電子收費、車輛限載系統(tǒng)和智能化技術(shù)，能全面了解車輛的真實運轉(zhuǎn)狀況，規(guī)避違規(guī)車輛肇事逃逸等不良狀況。為達成以上目標，交管部門可以將攝像機、報警儀、稱重儀及稱重校對系統(tǒng)等布置在交通道路上，路邊控制器、圖像傳輸器、軸重傳感器等均是系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。該系統(tǒng)具備良好的人機對話操作環(huán)境，自動完成檢測單打印過程，無需進行人為干預(yù)控制，且能在檢測結(jié)束后，自動把相關(guān)數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在計算機顯示器上。

高速動態(tài)稱重與低速稱重校對子系統(tǒng)被公認是限載系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，聯(lián)動運用以上兩個子系統(tǒng)能幫助交管部門快速掌握車輛的實際載重，精準抓拍目標車輛，可捕獲具體數(shù)據(jù)，并將其完整的儲存于云端內(nèi)。當(dāng)有車輛處于超重或超速運行狀態(tài)中時，系統(tǒng)自動發(fā)出警報信號，把儲存、警報信息一并傳送至終端控制網(wǎng)絡(luò)。

將稱重系統(tǒng)布置在高速公路入口，銜接入口發(fā)卡系統(tǒng)和稱重檢測裝置，汽車通過收費站口環(huán)節(jié)必須進行稱重。通常六軸列車驅(qū)動形式是6×4，限重為49?t，6×2形式的限重為46?t，驅(qū)動軸各軸、各側(cè)布置雙輪胎或組裝空氣懸架的3軸、4軸貨車，允許在限重的基礎(chǔ)上提高1?t。針對超重行駛的車輛系統(tǒng)會自動傳送出警報信號，有關(guān)執(zhí)法人員可以此為依據(jù)對目標車輛進行罰款處理，系統(tǒng)還能實時追蹤車輛后續(xù)運行狀態(tài)，動態(tài)上傳相關(guān)信息[6]。如果實際中系統(tǒng)對超載車輛發(fā)出警報信號后，車輛依舊駛出了公路，此時就要啟動電子收費系統(tǒng)內(nèi)的防逃費功能，檢測超載車輛后自動生成相應(yīng)報告并反饋給有關(guān)執(zhí)法部門，對相應(yīng)車輛進行嚴肅處理。

4?結(jié)語

綜上所述，交通工程自動化控制領(lǐng)域合理應(yīng)用智能化技術(shù)能創(chuàng)造出較高的價值，減少人力資源的投入量，通過智能外場終端控制、道路監(jiān)控及車輛限載系統(tǒng)控制措施等，明顯提升市政交通運輸?shù)陌踩?、有效性，充分表現(xiàn)出自動化控制的有效性，為我國市政交通行業(yè)長久發(fā)展保駕護航。

參考文獻

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